Aion Anomaly Zener Dioden

  • Betr:/Subj. Falsche Z-Diode im aion anomaly / Crowther Hotcake


    Hallo,


    ich weiß nicht ganz, ob ich hier im richtigen Thread bin, weil es ja kein Lieferproblem ist -- bei Bedarf bitte umtopfen.


    Vor längerer Zeit habe ich hier einen Crowther-Hotcake-Wannabee (aion electronics "Anomaly") bestellt. Die Lieferung war vollständig, kein Packfehler, eher ein Verständnisfehler.


    Die (u.a. von aion electronics selbst) ausgelesene Schaltung des Hotcake sieht für den "Bluesberry-Mod" eine "normale" Z-Diode 2,7 V vor (Stückliste in der PDF von aion electronics: BZX85C2V7 Zener diode, 2.7V; laut Datenblatt 300mW, 2,7V bei 5mA).


    Beigepackt war eine Z-Diode 2,7W 1,3W (und so steht es auch in

    der Bauteilliste von Musikding).


    Das führt zu dem Problem, dass die Spannung über dieser Z-Diode 2,7V 1,3W in dieser Schaltung zu gering ist, als dass der Bluesberry-Mod funktionieren könnte.


    Genaueres auf Nachfrage,


    Gruß


    Torsten

  • Aber das ist doch eine 1300mW Diode? Oder spuckt mir Google da was falsches aus? ...

    Welches Datenblatt hattest du?

    Hallo,

    o.k., zu blöd zum guhgeln (ich) -- ich hatte auch nach der BZX8_5_C2V7 (Z-Dioden 1,3W) gesucht, aber das Datenblatt von einer BZX8_4_C2V7 (Z-Dioden 0,3W) gefunden.


    Das heißt, die BE-Listen von aion electronics und Musikding unterscheiden sich an dieser Stelle doch nicht, kein Packfehler, sondern meiner.


    Allerdings besteht -- meiner Meinung nach -- das technische Problem immer noch. Über dieser Z-Diode (2,7V 1,3W) fällt in der gegebenen Schaltung (Diodenstrom knapp 50µA) m.E. eine zu geringe Spannung ab (knapp 0,9V), als dass der damit realisierte Bluesberry-Mod funktioniert:


    Die genannte Z-Diode muss die Basis eines pnp-Transistor m.M.n. mindestens 1,5 V unter der Betriebsspannung halten, so dass der Emitter dieses Transistors (etwa 0,9V-1V unter der Betriebsspannung) leitend wird, wenn der Ausgang des OPV diese Spannung überschreitet, und den Strom dann in den Offset-eingang des OPV schicken, damit der OPV so daran gehindert wird, hart zu begrenzen.


    Klingt kompliziert, ist es auch.


    Ich würde das Problem/die Beschwerde erst einmal auf Eis legen wollen, die Kiste (ohne den Teil mit der Z-Diode) aufbauen und genauer durchmessen.


    Schönen Dank für den Hinweis


    Torsten

  • Hallo,



    ein späteres Feedback zu der obigen Fehlermeldung.


    Es handelt sich i.m.h.o um ein nicht passendes Bauelement im Anomaly Distortion von Aion FX, einem Clown des Crowther Hotcake. Der Crowther Hotcake ist ein Einzelkämpferprodukt aus Neuseeland, existiert in mehreren Versionen, von denen einige aufwendig "degooped" wurden.


    Das angemeckerte Problem verlangt eine Erklärung der Schaltung des Hotcake und des Bluesberry-Mods:



    Beim Hotcake wird ein Operationsverstärker frequenzabhängig in die Übersteuerung getrieben. Der Bluesberry-Mod versucht einen Teil der Verzerrungen -- die der oberen Halbwelle -- etwas weicher und definierter zu gestalten, indem eine Art Überlaufschaltung eingebaut wird.


    Diese Überlaufschaltung wird mit dem pnp-Transistor Q1 realisiert -- wenn die Spannung am Ausgang des OPV und am Emitter von Q1 deutlich größer (einige hundert Millivolt) ist als die Spannung an der Basis, dann fließt ein Strom durch Q1 in den Offsetkompensationseingang. Dadurch werden die Verhältnisse in der Eingangsstufe des Operationsverstärkers kontrolliert so verändert, dass dessen Ausgangsspannung nicht mehr weiter steigen kann.


    Die Spannung an der Basis von Q1 wird über die Z-Diode Z2 bereitgestellt.


    Damit die Überlaufschaltung funktioniert, muss sie „anschlagen“, bevor der Operationsverstärker selbst in die Begrenzung geht, d.h. die Spannung über der Z-Diode muss ausreichend groß sein und die an der Basis von Q1 ausreichend klein.


    Hier gibt es m.E. mit der von aion FX ausgewähten Z-Diode 2,7W / 1,3 W insofern ein Problem, dass über dieser Z-Diode eine zu geringe Spannung abfällt (gemessen wurden etwa 0,9V). Die Spannung wäre vermutlich größer, wenn es sich um eine Z-diode geringerer Belastbarkeit handeln würde.

    Eigene Messungen

    Um den Verdacht zu überprüfen, habe ich eine Schaltung des Bluesberry-Mod in etwa als statische Schaltung auf dem Breadboard aufgebaut.



    • Grauer Bereich:
      Der +-Eingang bekommt wie im Original eine Vorspannung von knapp 5V (100k||470k sind etwa 82k, wie im Original), die Spannung am --Eingang kann zwischen 4,7V und knapp 5,2V eingestellt werden. Mit dem OPV, der mit Verstärkung einhundert verstärkt, lassen sich so alle möglichen Augangsspannungen einstellen.
    • Gelber Bereich:
      Weiterhin ersetzt der Widerstand 150k die Widerstände R9||R11 + R10 im anomaly (insgesamt 160k), der Strom in den Offsetkompensationseingang wird über einem Widerstand 10k und einem Millivoltmeter gemessen.


    Kennlinien wurden ermittelt -- es wurde gemessen

    • im Eingang die Differenzspannung zwischen den beiden Eingängen des Operationsverstärkers (das ist der Wert auf der x-Achse),
    • die Ausgangsspannung des Operationsverstärkers
    • der Strom in den Offsetkompensationseingang

    Dazu die Spannung an der Basis von Q1 (entweder 8,1V -- Z-Diode oder 7,3V -- LED).

    Ergebnis:

    • Graue Graphen im Diagramm:
      Mit der Z-Diode 2,7V / 1,3 W (Flussspannung hier etwa 0,9V; Spannung an derBasis von Q1 8,1V, maximale Ausgangsspannung des Operationsverstärkers 8,4V) fließt kein Strom in den Offsetkompensationseingang, d.h. der Mod wirkt nicht, der Operationsverstärker begrenzt von sich aus.
    • Rote Graphen im Diagramm:
      Mit einer grünen LED anstelle der der Z-Diode (Flussspannung etwa 1,7V;
      Spannung an der Basis von Q1 7,3V
      ) fließt Strom in den
      Offsetkompensationseingang, der Mod funktioniert.

    Vorläufiger Abschluss

    Ich weiß jetzt nicht, wo die Entscheidung bei aion FX für eine Z-Diode 2,7 V 1,3 W herkommt. Ich habe den Artikel auf der Seite von aion FX wie auch die Diskussion auf DIYStompboxes gelesen, da scheint dieser Wert 2,7V irgendwie vom Himmel gefallen zu sein, vielleicht wurde die Diode freigekratzt.


    Es kann also sein, dass aion FX beim „degoopen“ da ursprünglich eine „normale“ Z-Diode 2,7V (bspw. 2,7V / 0,5W) gefunden hat, und dann aus viel-hilft-viel-Großzügigkeit eine stärkere Z-Diode eingebaut hat.


    Mit einer „normale“ Z-Diode 2,7V könnte die Schaltung funktionieren, aber ich habe gerade keine hier, um das zu überprüfen (Die Spannung über einer Z-Diode 2,7W 0,5W o.ä. dürfte bei den geringen Strömen in dieser Schaltung bei etwa 1,5V liegen).


    Gruß


    Torsten

  • Hi,

    die rote Kennlinie zeigt ja auch einen ganz harten Übergang in die Begrenzung. Da frag ich mich, ob man nicht einfach V. B aus der Mitte legen kann, für den gleichen Klang und die nicht funktionierende bzw. Falsch dimensionierte Z Diode und den T weglassen. Vielleicht hat sie aber auch noch nie funktioniert.....

    Gruß Christof

  • Hi,

    die rote Kennlinie zeigt ja auch einen ganz harten Übergang in die Begrenzung. Da frag ich mich, ob man nicht einfach V. B aus der Mitte legen kann, für den gleichen Klang und die nicht funktionierende bzw. Falsch dimensionierte Z Diode und den T weglassen. Vielleicht hat sie aber auch noch nie funktioniert.....

    Gruß Christof


    Hallo Christof,


    sooo hart ist der Übergang nicht -- schau mal auf den Verstärkungs-Graphen: Ds gibt mehrere Mittelwerte zwischen null und hundert im einem Eingangsspannungsbereich von 3-4 mV; d.h. der ausgangsseitige Übergang ist etwa 100 mV groß.


    Aber die Härte der Kanten mit und ohne Eingreifen des Transistors sind in der Tat ähnlich. Unabhängig davon könnte der Mod, wenn er denn funktioniert (wenn die Diode groß genug ist), dafür sorgen, dass der OPV zumindest "obenherum" nicht mit voller Wucht gegen die Decke knallt (und der OPV mglw. einiges an Überschwingen produziert), sondern vorher eingefangen wird.


    Als Antwort auf deinen zweiten Post kurz ein Messdiagramm der Kennlinien zweier Z-Dioden -- einer 2,7V / 1,3W und einer 2,9V/0,5W -- und dazu der Bereich der Ströme, von denen die Z-Diode in der Hotcake-Schaltung durchflossen wird. Das Ergebnis ist schon ziemlich eindeutig:



    Da mich irgendwann alles um die verschiedenen Verzerrerbasteleien interessiert hat, habe ich mir eine Art Widerstands-Dose (1k bis 4,7M) und eine EXCEL-Vorlage gebastelt, um schnell ein paar Kennlinien aufzunehmen.


    Im Bereich bis etwa 6V lassen sich die Z-Dioden als Reihenschaltung von Dioden bzw. als Dioden mit sehr großem eta-Wert verstehen, d.h. es gibt laut der Shockley-Gleichung einen Zusammenhang zwischen dem Vergrößerung/ Verkleinerung des Diodenstroms und der Verschiebung der Diodenspannung -- im Diagramm oben führt ein zehnmal so großer/kleiner Diodenstrom zu einer Verschiebung der Diodenspannung um etwa(!) 400 mV.


    Bei den "großen" Z-Dioden verschiebt sich deswegen die Kennlinie hin zu größeren Strömen bzw. kleineren Spannungen:

    • BZX8_4_C2V7 --> Laut Datenblatt 2,5V @ 5 mA --> 50 µA sind ein hundertstel davon, deswegen vielleicht etwa 1,4V bis 1,5V @50 µA und
    • BZX8_5_C2V7 --> Laut Datenblatt 2,7V @ 80 mA --> 50 µA sind etwa eineinhalb Tausendstel davon, deswegen wohl etwa 0,9V @50 µA --

    was in der gegeben Schaltung zu wenig ist.


    Dieser Zusammenhang war auch der Grund für meine Meckerei

    Der Bias ist noch ein ganz anderes Thema:


    Im Original wie auch im Nachbau wird der Bias beim Einschalten des Bluesberry-Modus verändert -- von U_B/1,82 (Teiler 1,82 gleich Spannungsteiler R9 zu R10) zu (U_B - U_Z2)/1,6 (Teiler 1,6 gleich Spannungsteiler R9||R11 zu R10), aber um das für den Bluesberry-Modus beurteilen zu können, ist es wichtig zu wissen, wie die Aussteuerungsgrenzen des OPV sind und wieviel Spannung die Z-Diode verbraucht.


    Allem Anschein nach geht es ja darum, den Bias jeweils etwa in die Mitte des Aussteuerungsbereiches zu legen.


    Und nein, m.W. wurden im Hotcake keine Open-Rail-OPVs verwendet, sondern zu Anfang (siebziger Jahre) ein µA741 und später ein TL071. Beide haben einen deutlich asymmetrischen Aussteuerungsbereich; deswegen auch der leicht krumme Biasspannungsteiler 82k/100k schon im normalen Modus.


    Gruß


    Torsten

  • Hi Torsten,

    zum Ersatz durch Verstellen von V.B:

    naja, seit ich mal Messungen gemacht habe, was ich denn überhaupt hören kann: >=0,5% Klirrfaktor, wie in der alten Hifi DIN, aber auch nur dann, wenn sonst Ruhe ist. Und seit ich mit diesen Diagramme zum Klirrgrad angefangen habe, sehe ich das alles etwas gröber. Das, was wirklich (gut) hörbar ist, ist der Unterschied asymmetrisches/symmetrisches Klippen. D.h. der Pegelunterschied für diese Unterscheidung muss schon wesentlich sein in dB. Schließlich reden wir hier über das pegelmäßig so schlecht definierte Gitarrensignal. Wenn das Ding erstmal symmetrisch klippt, dann hört man m.E. schnell keine Nuancen mehr, bzw. dann helfen erst recht nur noch C6 + C7, dass es erträglich wird. Könnte mir hier auch vorstellen, dass man die Toleranzlage von C6 hören kann. Die Verstärkungstoleranz vom BC557 (120...800) wird die Schärfe des Übergangs dann auch noch beeinflussen.


    Deine grundsätzliche Aussage, dass das so nicht funktioniert, kann ich ja nachvollziehen. Ist nicht die erste Schaltung, die nicht funktionierende bzw. irrelevante Bauteile enthält. :)

    Witzig ist, dass der Bausatz trotzdem 4.5 Punkte Bewertung hat.

    Gruß Christof

  • Hallo Christof,


    ich würde gern ein wenig aufpassen, nicht mit den Rechenschieber zu hören ;) und würde mich deswegen darauf beschränken herausfinden zu wollen, was der Designer der Originalschaltung des Hot Cake, Paul Crowther, vermutlich wollte, und ob das in der Kopie von aion FX sinnvoll umgesetzt wurde. Dabei ist es m.E. eine sinnvolle Hypothese davon auszugehen, dass zumindest Crowther seine Schaltung verstanden hat (auch wenn es sicher Beispiele für mehr oder weniger geniale Lösungen gibt, die gegen Vorsatz und/oder Wissen des Erfinders entstanden sind).


    Und hier würde ich sagen, dass im Original-Modus des Hotcake eine symmetrische Begrenzung angestrebt wurde (mit einem schiefen Spannungsteiler, weil auch die beiden verwendeten OPV asymmetrische Aussteuerungsgrenzen haben), und im Bluesberry-Modus sowohl auch die obere Aussteuerungsgrenze verändert als auch der Bias(spannungsteiler) entsprechend angepasst wurde. Hier würde ich davon ausgehen, dass das kein Zufall ist und auch hier die Absicht einer symmetrischen Begrenzung unterstellen.


    Was aion FX und die Z-Diode angeht.


    Es gibt auf der Seite von aion FX ein paar Fotos der Leiterplatte des originalen Hot Cake mit dem abgekratzten Goop/Zement/wasauchimmer, in denen zwei Z-Dioden zu sehen sind -- die eine ist die Haupt-Z-Diode 10V zum Schutz der Betriebsspannung, mit dicken Drähten wie eine z-Diode 1,3W, freischwebend über dem Chip (deswegen kann man die dicken Drähte auch sehen). Die andere, mit dünneren Drähten wie eine Z-Diode ~500mW, ist Z2.


    Mir geht es nicht darum, die Schaltung obertontechnisch zu verfeinern, sondern: Wenn man schon nachbaut, dann wenigstens richtig.


    Was C6 und C7 angeht:


    C7 erzeugt mit R5 und R7 (das ist etwas unübersichtlich gezeichnet) erst das ganze Prinzip der Schaltung -- ein (partieller) Tiefpass etwa 200 Hz bis 2kHz, sowohl für die Gegenkopplung als auch für den Ausgang.


    Dazu muss man wissen, dass der Hotcake aus der Überlegung/dem Ziel entstanden ist, die Endstufen-Übersteuerung eines VOX AC30 (keine Gegenkopplung in der Endstufe, deswegen beginnt und konzentriert sich die Verzerrung in den Höhen -- und, beim AC30, in der Bassresonanz) in eine Tretmine zu holen. Bei geringen bis mäßigen Verzerrungen wird der OPV dazu gebracht, invers zum Tiefpass durch R7, C7 und R7 die Höhen anzuheben und dann zu zerren, was dann mit dem gleichen Tiefpass am Ausgang wieder herausgefiltert wird, weil ja danach der eher cleane, weil nicht so laute AC30 die Höhen in der Endstufe wieder anhebt.


    Das heißt aber auch, bei gemäßigten Einstellungen ist das kein Fuzz und auch überhaupt nicht intransparent.


    Bezüglich der Symmetrie würde ich davon ausgehen, dass es -- wie im originalen AC30 -- im Standardmodus des Hotcake um symmetrische und durchaus harte Begrenzungen geht. m.W. ist das bei "richtigen" Röhrenverstärkern wie dem AC30, der ja imitiert werden soll, auch nicht immer "röhrenmaßig abgerundet".


    Dazu kommt, dass eine Asymmetrie der Begrenzungen -- im Gegensatz zu asymmetrischen Begrenzungen in einer Softclip-Schaltung wie bspw. dem gelben Boss Overdrive -- hier auch zeitvariante Auswirkungen auf den Arbeitspunkt hat -- bei asymmetrischen Begrenzungen könnte auch C2 bzw. C3 umgeladen werden, wodurch sich das Ganze u.U. ohnehin wieder in Richtung symmetrische Begrenzungen bewegt.


    Entschärfend in Bezug auf Verzerrerkratzen könnte vielleicht C4 wirken.


    Jetzt wird es philosophisch:


    Ich denke, der Bluesberry-Mod hat insofern einen Sinn, als dass das Konzept, hier den AC30 zu ersetzen, nicht hundertprozentig funktioniert -- ein OPV ist kein Verstärker, sondern ein Regler (eigentlich ein "schaumgebremster" Regler mit fallendem Frequenzgang), der versucht sein Ausgangssignal so zu gestalten, dass seine beiden Eingangssignale sich ähnlich sind. In der gegebenen Schaltung kann das bei hohen Frequenzen und/oder hohem Gain dazu führen, dass es zeitweise kaum ein relevantes Signal am invertierendem Eingang des OPV gibt, sei es, weil das Gegenkopplungssignal durch die beiden Spannungsteiler (R5 auf R7 und C7 sowie R3 auf R4 und den Drive-Regler) wie auch durch den fallenden Frequenzgang selbst sehr schwach ist, sei es wegen der starken Phasenverschiebung ist (90° durch den OPV selbst und pi mal Daumen 60°-70° durch R5, R7 und C7), dass der OPV bei Übersteuerung ohne Gegenkopplungssignal erstmal ziemlich im Wald steht und dann vermutlich einfach nur gegen die Wand läuft.


    Dann kann es durchaus sein, dass der Bluesberry-Mod hier lindernd eingreift.


    Ansonsten klingt das Ding auch ohne Bluesberry-Mod ziemlich gut (ich hatte vor Jahren einen entsprechenden Bausatz von uk-elektronik gebaut), die 4,5 Punkte sind da plausibel ;)


    Gruß


    Torsten

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